基于plc控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計精品

1、基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)任務(wù)設(shè)計書基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)任務(wù)設(shè)計書一、系統(tǒng)概述眾所周知， 水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分， 在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。在此情況下， 我們小組討論并設(shè)計了該“基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)”。 本文根據(jù)中國城市小區(qū)的供水要求，

2、 設(shè)計了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。 變頻恒壓供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機組、壓力傳感器等構(gòu)成。本系統(tǒng)包含三臺水泵電機， 它們組成變頻循環(huán)運行方式。 采用變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動和變頻調(diào)速， 運行切換采用先啟先?！钡脑瓌t。 壓力傳感器檢測當(dāng)前水壓信號，送入PLC與設(shè)定值比較后進行PID運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電機的轉(zhuǎn)速來改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。二、總體方案設(shè)計PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖1所示：從圖中可看出，系統(tǒng)可

3、分為：執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)三大部分，具體為：(1)執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用丁將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺變頻泵和兩臺工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓包定；工頻泵只運行丁啟、停兩種工作狀態(tài)， 用以在用水量很大(變頻泵達到工頻運行狀態(tài)都無法滿足用水要求時)的情況下投入工作。(2)信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號、水池水位信號和報警信號。 管網(wǎng)水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值， 它是包壓供水控制的主要反饋信號。此信號是模擬信號，讀入PLC時，需進行A/D轉(zhuǎn)換。

4、另外為加強系統(tǒng)的可靠性， 還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進行檢測， 檢測結(jié)果可以送給PLC作為數(shù)字量輸入；水池水位信號反映水泵的進水水源是否充足。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。 此信號來自安裝丁水池中的液位傳感器； 報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號。(3)控制機構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、 變頻器和電控設(shè)備三個部分。 供水控制器是整個變頻包壓供水控制系統(tǒng)的核心。變頻器是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元， 其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻

5、率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制根據(jù)水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同， 變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式， 變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵， 當(dāng)這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出， 將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機； 變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺包速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇，本設(shè)計中采用前者。作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。

6、由丁本系統(tǒng)能適用丁不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。變頻包壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。所以，在某個特定時段內(nèi)，包壓控制的目標就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。變頻包壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：圖2.變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖包壓供水系統(tǒng)通過安

7、裝在用戶供水管道上的壓力變送器實時地測量參考點的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4-20mA勺電信號，此檢測信號是實現(xiàn)包壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。由丁電信號為模擬量，故必須通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進行比較，將比較后的偏差值進行PID運算，再將運算后的數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號作為變頻器的輸入信號， 控制變頻器的水泵機祖輸出頻率，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，進而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現(xiàn)變頻恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程(1)系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動變頻泵M1工作，根據(jù)壓力變送器測得的用戶管網(wǎng)實際壓

8、力和設(shè)定壓力的偏差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制Ml的轉(zhuǎn)速，當(dāng)輸出壓力達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間Ml工作在調(diào)速運行狀態(tài)。(2)當(dāng)用水量增加水壓減小時，壓力變送器反饋的水壓信號減小，偏差變大，PLC的輸出信號變大，變頻器的輸出頻率變大，所以水泵的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達到另一個新的穩(wěn)定值。反之，當(dāng)用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率50Hz時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件(在下節(jié)有詳細闡述)時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將在PL

9、C的控制下自動投入水泵M2($速運行)，同時變頻泵M1做工頻運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺工頻泵M3投入運行，變頻器輸出頻率達到上限頻率50Hz時，壓力仍未達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。(4)當(dāng)用水量下降水壓升高， 變頻器的輸出頻率降至下限頻率， 用戶管網(wǎng)的實際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵M2關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設(shè)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺工頻泵M3關(guān)掉。三、硬件電路設(shè)計根據(jù)基于PL

10、C的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖3所示：由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：（1 1）PLCPLC及其擴展模塊、（2 2）變頻器、（3 3）水泵機組、（4 4）壓力變送器、（5 5）液位變送器。主要設(shè)備選型如表 1 1 所示:表1本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備活單主要設(shè)備型號及其生產(chǎn)廠家可編程控制器（PLQSiemensCPU226模擬量擴展模塊SiemensEM235變頻器SiemensMM440水泵機組SFL系列水泵3臺（上海熊貓機械有限公司）壓力變送器及顯示儀表普通壓力表Y-100、XMT-1270數(shù)顯儀液位變送器分體式液位變送器DS26（淄博丹佛

11、斯公司）圖3系統(tǒng)的電氣控制總框圖您頗器V水推機絹控制電路PLC主要是用丁實現(xiàn)變頻包壓供水系統(tǒng)的自動控制， 要完成以下功能： 自動控制三臺水泵的投入運行； 能在三臺水泵之間實現(xiàn)變頻泵的切換； 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。主電路圖控制電路圖圖5為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SB1SBG空制三臺水泵的啟/停；自動運行時，系統(tǒng)在PLC序控制下運行。圖中的HL10為自動運行狀態(tài)電源指示燈。 對變

12、頻器頻率進行復(fù)位是只提供一個干觸發(fā)點信號,本系統(tǒng)通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復(fù)頻控制。圖中的Q0.0Q0.5及Q1.1Q1.5為PLC的輸出繼電器觸點，他們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號，可結(jié)合下節(jié)中圖5一起讀圖。RSTUVW變頻電變頻器4UkMJ!JFR3C圖5變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖注：PLCPLC 各 I/OI/O 端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié) I/OI/O 端口分配中將詳細介紹。本系統(tǒng)在手動/白動控制下的運行過程如下：(1)手動控制：手動控制只在檢查故障原因時才會用到，便丁電機故障的檢測與維修。單刀雙擲開關(guān)SA打至1端時開啟手動控制模式，此時可以通過開關(guān)分別控制三臺

13、水泵電機在工頻下的運行和停止。SB1按下時由丁KM2閉觸點接通電路使得KM1的線圈得電，KM1的常開觸點閉合從而實現(xiàn)自鎖功能，電機M1可以穩(wěn)定的運行在工頻下。只有當(dāng)SB2按下時才會切斷電路，KM俄圈失電，電機M1停止運行。同理，可以通過按下SB3SB5啟動電機M2M3通過按下SB4SB6來使電機M2M齡機。(2)自動控制：在正常情況下變頻包壓供水系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下。單刀雙擲開關(guān)SA打至2端時開啟自動控制模式，自動控制的工作狀況由PLC程序控NL1u2。只有當(dāng)輸入電壓ui大丁u2和小于u1時，A1和A2都輸出高電平，所以uo輸出局電平。ui大丁u1時自然也大丁u2（因為u1u2）,此時A1雖然

14、輸出高電平，但是阿A2輸出低電平，輸出電壓uo經(jīng)A2輸出端的二極管箝位，輸出為低電平如果ui小于u2時自然也小丁u1,此時A1雖然輸出高電平， 但是A2輸出低電平， 輸出電壓uo經(jīng)A2輸出端的二極管箝位，輸出為低電平能否理解？有問題歡迎討論五、軟件設(shè)計程序流程圖自動2.加泵流程圖3.減泵流程圖啟動下一臺變頻泵六、總結(jié)體會本設(shè)計的是變頻恒壓供水系統(tǒng)。恒壓洪水系統(tǒng)以PLC和變頻器為核心進行設(shè)計，借助于PLC強大為靈活地控制功能和內(nèi)置PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實現(xiàn)了恒壓供水的控制。該系統(tǒng)采用PLC控制變頻器進行PID調(diào)節(jié)，按實際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運行，在啟動時壓力波動小。恒壓供水在日常生活中非常重要，基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計和生活恒壓洪水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應(yīng)速度快